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Dokumentenidentifikation DE60031749T2 20.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001085530
Titel Elektrisches Kabel und Herstellungsverfahren für ein elektrisches Kabel
Anmelder Lucent Technologies Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Neveux, Paul Emilien Jr., Loganville, Georgia 30052, US
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Aktenzeichen 60031749
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.09.2000
EP-Aktenzeichen 003076429
EP-Offenlegungsdatum 21.03.2001
EP date of grant 08.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse H01B 11/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektroverkabelung. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Verringerung von Nebensignaleffekten in einer Elektroverkabelung.

2. Beschreibung des verwandten Gebiets

In einem Elektrokabel wie jenem, das in einem lokalen Datennetz (LAN) verwendet wird, bleibt die Verringerung von Nebensignaleffekten ein anhaltendes Problem für die Kommunikationsindustrie. Herkömmlich sind in einem Elektrokabel, das üblicherweise mehrere verdrillte Paare aus einzeln isolierten Leitern wie etwa Kupferdrähte enthält, viele Konfigurationen und Techniken realisiert worden, um Nebensignaleffekte zwischen den jeweiligen elektrisch leitenden Paaren zu verringern.

Beispielsweise umfasst eine der nützlichsten Techniken zur Verringerung von Nebensignaleffekten in einer Elektroverkabelung eine Trennung von parallelen und angrenzenden Übertragungsleitungen. Auf diese Weise wurden viele Komponenten wie etwa Abstandhalterelemente in das Elektrokabel eingebaut, um einen ausreichenden Abstand zwischen den leitenden Paaren aufrecht zu halten und um folglich Nebensignaleffekte zwischen diesen zu verringern. Siehe auch die US-Patente Nr. 4.920.234 und 5.149.915.

Da typische Elektrokabel der Kommunikationsindustrie vier verdrillte Paare enthalten, weisen viele Abstandhalterelement-Konfigurationen einen oder mehrere mittig angeordnete Abstandhalterelemente wie etwa eine dielektrische Nut auf, wobei die verdrillten Paare in unterschiedlichen Konfigurationen um diese angeordnet sind. Siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. 5.132.488 und 5.519.173.

Diese herkömmlichen Kabelanordnungen, die darauf ausgerichtet sind, Nebensignaleffekte zu verringern, sind jedoch häufig mit anderen Problemen belastet. Beispielsweise sind bestehende Abstandhalterelemente relativ steif und schränken folglich eine Bewegung der verdrillten Paare innerhalb des Elektrokabels ein. Außerdem sind bestehende Abstandhalterelemente relativ kostenaufwändig und schwierig in der Handhabung und Verarbeitung während des Elektrokabel-Herstellungsverfahrens.

Entsprechend ist es wünschenswert, eine Elektrokabelvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung zu haben, das auf die zuvor erwähnten Anliegen gerichtet ist.

Das US-Patent Nr. 1.883.269 bezieht sich auf elektrische Leiter, und genauer auf isolierte Leiter, wie sie in der Telephonindustrie verwendet werden.

FR-2079389 offenbart ein Elektrokabel, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist. Gestreckte Elemente (4) sind mit den einzeln isolierten Leitern schraubenlinienförmig gewickelt, wobei sie durch ein Verstärkungselement (5) einteilig verbunden sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert. Es wird ein Elektrokabel gemäß Anspruch 1 geschaffen. Es wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrokabels gemäß Anspruch 4 geschaffen. Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine dielektrische Schicht, die zwischen einzelnen leitenden Elementen in den Leiterpaaren schraubenlinienförmig ausgebildet ist. Die dielektrische Schicht ist aus einem oder mehreren der folgenden Materialien hergestellt: Ethylen-Chlortrifluorethylen (ECTFE oder Halar®), Polyvinylchlorid (PVC), Polyolefine und Fluorpolymere einschließlich fluoriertes Ethylenpropylen (FEP oder Teflon®), Perfluoralkoxypolymere von Tetrafluorethylen und entweder Perfluorpropyl-Ether (PFA) oder Perfluormethylvinyl-Ether (MFA). Alternativ ist die dielektrische Schicht aus einem gewebten Band aus Glasfaden wie etwa Kapton® hergestellt. Die dielektrische Schicht besitzt beispielsweise eine Breite von etwa 3,175 bis 6,350 mm (0,125 bis 0,250 Zoll) und beispielsweise eine Dicke von etwa 0,051 bis 0,51 mm (0,002 bis 0,020 Zoll oder 2 bis 20 Tausendstel Zoll).

Die dünne dielektrische Schicht schafft eine Trennung zwischen einzelnen Leitern in Leiterpaaren, um Nebensignaleffekte zwischen diesen zu verringern.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist:

1 eine Querschnittsansicht eines Elektrokabels gemäß einer herkömmlichen Anordnung;

2 eine Querschnittsansicht eines Elektrokabels, das keinen Teil der Erfindung darstellt;

3 eine Querschnittsansicht eines Elektrokabels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

4 eine Querschnittsansicht eines Elektrokabels gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;

5 eine Querschnittsansicht eines Elektrokabels gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung; und

6 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektrokabels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung

In der folgenden Beschreibung werden ähnliche Komponenten durch das gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um das Verständnis der Erfindung durch die Beschreibung der Zeichnung zu verbessern.

Obwohl nachfolgend bestimmte Merkmale, Konfigurationen und Anordnungen behandelt werden, ist es selbstverständlich, dass dies lediglich zu Veranschaulichungszwecken geschieht. Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass andere Schritte, Konfigurationen und Anordnungen verwendbar sind, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Eine Elektroverkabelung wie jene, die in einem lokalen Datennetz (LAN) verwendet wird, leidet fortgesetzt unter den reaktiven Auswirkungen von parallelen und angrenzenden Leitern, beispielsweise unter induktiver und kapazitiver Kopplung, die auch als "Nebensignaleffekte" bekannt sind. Eine herkömmliche Elektroverkabelung weist eine Ummantelung auf, die mehrere verdrillte Paare von einzeln isolierten Leitern wie etwa Kupferdrähte enthält. Wenn jedoch die Anzahl von Leiterpaaren in einem Elektrokabel zunimmt, existiert ein höheres Potential für Störungen durch Nebensignaleffekte. Ferner werden Nebensignaleffekte bei höheren Frequenzen, bei höheren Datenübertragungsraten und über längere Entfernungen schwerwiegender. Folglich begrenzen Nebensignaleffekte wirksam den nutzbaren Frequenzbereich, die Bitrate, die Kabellänge, den Rauschabstand (S/R-Verhältnis) und die Anzahl von Leiterpaaren in einem einzelnen Elektrokabel zur Signalübertragung. Darüber hinaus sind Nebensignaleffekte häufig in doppelgerichteten Übertragungskabeln stärker ausgeprägt. Ein derartiger Effekt ist als "Nahnebensprechen" (near end crosstalk, NEXT) bekannt und er ist insbesondere an jenem Ende des Kabels bemerkbar, bei dem die Signale, die von dem entgegengesetzten Ende zurückkehren, schwach sind und leicht durch eine Störung überdeckt werden.

Bekanntlich werden Nebensignaleffekte im Allgemeinen durch eine Trennung von parallelen und angrenzenden Übertragungsleitungen oder durch ein Umsetzen der Signale längs des Kabels besser kontrolliert, um die Nähe von zwei beliebigen Signalen zu minimieren. Entsprechend gibt es viele Elektrokabelanordnungen, die Abstandhalterelemente enthalten, um einen ausreichenden Abstand zwischen den leitenden Paaren aufrecht zu erhalten und um folglich Nebensignaleffekte zwischen diesen zu minimieren. Siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. 4.920.234, 5.149.915, 5.132.488 und 5.519.173, die hier bereits zuvor erwähnt wurden.

In 1 ist nun ein herkömmliches Elektrokabel 10 mit einer Anordnung gezeigt, die auf eine Verringerung von Nebensignaleffekten gerichtet ist. Das Elektrokabel 10 umfasst eine aus einem geeigneten Polymermaterial hergestellte Ummantelung 12, die vier Paare einzeln isolierter Leiter oder leitender Elemente 14 umgibt, die durch einen Abstandhalter oder durch Abstandhaltermittel 16 getrennt sind. Die einzeln isolierten Leiterpaare enthalten üblicherweise verdrillte Kupferdrahtpaare, und die Abstandhaltermittel 16 sind üblicherweise aus einem geeigneten dielektrischen Material wie etwa Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt.

Im Betrieb halten die Abstandhaltermittel 18 einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen den Leiterpaaren längs der Länge des Elektrokabels aufrecht. Auf diese Weise werden Nebensignaleffekte zwischen diesen verringert. Wenn beispielsweise lediglich zwei von vier verdrillten Paaren aktiv sind, sind üblicherweise alternierende Leiterpaare aktiv, um dadurch Nebensignaleffekte zu verringern. Bei einer Elektrokabelanordnung aus vier verdrillten Leiterpaaren, wobei jedes verdrillte Paar im Allgemeinen einen unterschiedlichen Quadranten in der Elektrokabelummantelung belegt, sind üblicherweise das erste und das dritte Paar aktiv und das zweite und das vierte Paar nicht aktiv. Auf diese Weise geht ein bestimmter Abstand zur Verringerung von Nebensignaleffekten mit der bestimmten Anordnung des Elektrokabels einher.

Obwohl derartige herkömmliche Anordnungen Nebensignaleffekte bis zu einem bestimmten Grad verringern können, sind viele dieser herkömmlichen Kabelanordnungen, die auf eine Verringerung von Nebensignaleffekten ausgerichtet sind, häufig mit anderen Problemen belastet, wie es hier zuvor behandelt wurde. Beispielsweise sind viele Abstandhaltermittel 16 relativ starr und schränken folglich eine Bewegung der Leiterpaare in dem Elektrokabel ein. Außerdem hat die Steifheit der Abstandhaltermittel 16 zur Folge, dass diese während der Herstellung des Elektrokabels schwierig in der Handhabung und im Einbau in die Elektrokabel sind. Ferner sind viele Abstandhaltermittel 16 relativ kostenaufwändig und tragen erheblich zu den Gesamtkosten des Kabels bei.

In 2 ist nun ein Elektrokabel 20 gezeigt, das keinen Teil der Erfindung darstellt. Das Elektrokabel 20 weist eine Ummantelung 12 auf, die um mehrere Paare aus einzeln isolierten Leitern oder leitenden Elementen 14 gebildet ist, üblicherweise um vier Paare, wie es gezeigt ist. Die Ummantelung 12 ist aus einem beliebigen geeigneten biegsamen elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem Fluorpolymer, Polyvinylchlorid (PVC), Polymergemisch oder aus einem anderen geeigneten Polymermaterial hergestellt. Die Leiterpaare, die üblicherweise verdrillte Kupferdrahtpaare sind, sind beispielsweise mit Polyolefin, flammbeständigem Polyolefin, Fluorpolymer, PVC, einer Polymermischung oder einem anderen geeigneten Polymermaterial einzeln isoliert.

Der Abstand zwischen den Leiterpaaren wird durch eine dielektrische Schicht 22 aufrecht erhalten, die vorteilhaft um bestimmte Leiterpaare angeordnet ist.

Die dielektrische Schicht 22 umfasst Material wie etwa beispielsweise gewebtes Kapton®-Schicht-(Polyimid-)Band aus Glasfaden, Ethylen-Chlortrifluorethylen (ECTFE oder Halar®), Polyvinylchlorid (PVC), Polyolefine und Fluorpolymere einschließlich fluoriertes Ethylenpropylen (FEP oder Teflon®), Perfluoralkoxypolymere von Tetrafluorethylen und entweder Perfluorpropyl-Ether (PFA) oder Perfluormethylvinyl-Ether (MFA) oder ein anderes geeignetes elektrisch isolierendes Material. Die dielektrische Schicht besitzt beispielsweise eine Breite von etwa 3,175 bis zu etwa 6,350 mm (0,125 bis 0,250 Zoll) und beispielsweise eine Dicke von etwa 0,051 bis etwa 0,51 mm (0,002 bis 0,020 Zoll oder 2 bis 20 Tausendstel Zoll).

Die dünne dielektrische Schicht 22 ist dahingehend vorteilhaft, dass sie Nebensignaleffekte verringert. Ihr biegsamer Aufbau und die Geschmeidigkeit des Materials ermöglichen jedoch außerdem, dass sie in Bezug auf andere Komponenten in der Elektrokabelummantelung einschließlich der Leiter 14 und anderer dielektrischer Schichten relativ leicht gleitet. Wie es hier nachfolgend ausführlich behandelt wird, sorgen außerdem die Größe und die Form der dielektrischen Schicht 22 dafür, dass sie relativ leicht herzustellen und in vorhandene Elektrokabel-Herstellungsverfahren einzubauen ist. Auf diese Weise fällt der Vergleich für die dünne dielektrische Schicht 22 mit beispielsweise der massiven, steifen Nut, die in herkömmlichen Konfigurationen verwendet wird, günstig aus.

Gemäß der in 2 gezeigten Anordnung sind für ein Elektrokabel 20 mit vier Leiterpaaren zwei dünne dielektrische Schichten um alternierende Leiterpaare (beispielsweise um das erste und das dritte Paar) auf eine derartige Weise angeordnet, dass der Abstand zwischen angrenzenden Leiterpaaren längs der Länge des Kabels im Wesentlichen konstant ist. Auf diese Weise sind die Leiterpaare in dem Ausmaß getrennt, dass die Leiterpaare im Allgemeinen getrennte Quadranten in dem Elektrokabel 20 belegen.

Es wird angemerkt, dass die in 2 gezeigte bestimmte Anordnung lediglich der Veranschaulichung dient. Obwohl bei dieser bestimmten Anordnung vier Leiterpaare und zwei dielektrische Schichten gezeigt sind, ist dies folglich nicht erforderlich. Das heißt, es ist möglich, ein Elektrokabel mit lediglich zwei Leiterpaaren und einer einzigen dielektrischen Schicht zu haben. Es ist auch möglich, ein Elektrokabel mit viel mehr als vier Leiterpaaren und mehr als zwei dielektrischen Schichten, die diese trennen, zu haben. Unabhängig von der bestimmten Konfiguration werden eine oder mehrere dielektrische Schichten zur Trennung von Leiterpaaren verwendet, um Nebensignaleffekte zwischen diesen zu verringern.

In 3 ist nun beispielsweise ein Elektrokabel 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine dielektrische Schicht 24 zwischen den einzelnen Leitern 14 in dem Leiterpaar anstelle zwischen Leiterpaaren (wie es in 2 gezeigt ist) angeordnet. Üblicherweise umfassen die paarweise angeordneten Leiter 14 ferner verdrillte Paare von einzelnen leitenden Elementen 14, und folglich ist die dielektrische Schicht 24 zwischen den einzelnen leitenden Elementen 14 innerhalb eines gegebenen verdrillten Paars schraubenlinienförmig verwoben. Auf diese Weise hält die dielektrische Schicht 24 einen Abstand zwischen den einzelnen leitenden Elementen längs der Länge des Kabels 30 aufrecht. Außerdem halten die Seilspannung innerhalb des Kabels 30 und Reibung zwischen leitenden Elementen innerhalb eines gegebenen Leiterpaars und der dielektrischen Schicht eine Trennung zwischen angrenzenden Leiterpaaren aufrecht.

In 4 ist nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird die in 3 gezeigte Konfiguration von dielektrischen Schichten zusammen mit der in 2 gezeigten Konfiguration der dielektrischen Schicht verwendet. Bei dieser Ausführungsform halten dielektrische Schichten 24 einen Abstand zwischen einzelnen Leitern in Leiterpaaren aufrecht und dielektrische Schichten 22 halten einen Abstand zwischen Leiterpaaren aufrecht. Wie es in 5 gezeigt ist, ist alternativ die Verwendung von dielektrischen Schichten 24 zwischen einzelnen Leitern innerhalb von Leiterpaaren mit herkömmlichen Abstandhaltermitteln 16 nützlich, beispielsweise mit einer Kunststoffnut, die wie gezeigt angeordnet ist.

Die in 24 gezeigten verschiedenen inneren Konfigurationen von Elektrokabeln werden beispielsweise durch eine herkömmliche Verseilmaschine erzeugt, die die unterschiedlichen inneren Komponenten von mehreren Spulen entnimmt und diese in die gewünschte Anordnung führt. Außerdem extrudiert ein Extruder entweder gleichzeitig oder kurz danach die schützende Ummantelung über das, was als die innere Anordnung vorgesehen ist. Da die vorteilhaften dielektrischen Schichten relativ dünn und biegsam sind, können sie mit herkömmlichen Verseilmaschinen verwendet werden und sind folglich leicht in die bestehenden Herstellungsverfahren einzubauen.

In 6 sowie wiederum in 4 ist ein Verfahren 60 zum Herstellen eines Elektrokabels in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Das Verfahren 60 umfasst einen ersten Schritt 62, bei dem die Leiterpaare, beispielsweise vier Paare aus einzeln isoliertem verdrillten Kupferdraht, bereitgestellt werden.

Der nächste Schritt 64 besteht darin, die dielektrische Schicht 22 abhängig von der bestimmten Leiterpaarkonfiguration um eines oder mehrere Leiterpaare zu bilden. Bei einem Elektrokabel mit vier Leiterpaaren umfasst der Schritt 64 beispielsweise die Bildung von dielektrischen Schichten um alternierende Leiterpaare (beispielsweise um das erste und das dritte Leiterpaar), wie es in 2 gezeigt ist. Das Verfahren 60 umfasst außerdem einen Schritt 66 der Bildung der dielektrischen Schicht 24 zwischen einzelnen Leitern innerhalb eines Leiterpaares anstelle zwischen Leiterpaaren. Die Bildungsschritte 64 und 66 werden beispielsweise auf herkömmliche Weise durchgeführt, wobei herkömmliche Ablauf-Kabeltrommeln verwendet werden, von denen die Leiterpaare und die dielektrische Schicht für eine geeignete Konfiguration der Leiterpaare und der dielektrischen Schicht auf eine Kabelablageplatte abgerollt werden. Sobald sie konfiguriert ist, wird die verdrillte Konfiguration durch eine geeignete Aufnahme-Kabeltrommel aufgenommen. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in 4 gezeigt.

Der nächste Schritt 68 umfasst die Ausbildung der dielektrischen Ummantelung um die Leiterpaare, beispielsweise durch Extrudieren eines geeigneten Polymermaterials um die Leiterpaaranordnung. Das Extrudieren wird beispielsweise auf herkömmliche Weise durchgeführt.

Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, viele Änderungen und Ersetzungen bei den Ausführungsformen des Elektrokabels und des Verfahrens zu dessen Herstellung durchgeführt werden können. Obwohl viele der vorhergehenden veranschaulichenden Ausführungsformen lediglich vier verdrillte Leiterpaare zeigen, können beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung in vielen anderen Anordnungen von verdrillten Paaren verwendet werden.

Das bedeutet gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, dass dünne dielektrische Schichten, wie sie hier zuvor offenbart wurden, in Elektrokabeln mit einer beliebig großen Anzahl von verdrillten Paaranordnungen verwendet werden können. Es ist auch möglich, die dielektrische Schicht zusammen mit verschiedenen anderen herkömmlichen Anordnungen einschließlich mittiger Abstandhaltermittel und Abstandhaltermitteln in Umfangsrichtung zu verwenden.


Anspruch[de]
Elektrokabel (20), mit:

mehreren Paaren einzeln isolerter leitender Elemente (14);

einer dielektrischen Ummantelung (12), die um die mehreren Paare einzeln isolierter leitender Elemente ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrokabel ferner umfasst:

mehrere dielektrische Schichten (24), die den mehreren Paaren einzeln isolerter leitender Elemente entsprechen, wobei jede dielektrische Schicht die einzeln isolierten leitenden Elemente in ihrem entsprechenden Paar einzeln isolerter leitender Elemente voneinander trennt.
Elektrokabel nach Anspruch 1, ferner mit:

wenigstens zwei dielektrischen Schichten (22), wovon jede um wenigstens ein Paar der mehreren Paare einzeln isolierter leitender Elemente ausgebildet ist, um dadurch die Paare einzeln isolierter leitender Elemente in der dielektrischen Ummantelung voneinander zu trennen.
Elektrokabel nach Anspruch 2, bei dem wenigstens eine dielektrische Schicht der wenigstens zwei dielektrischen Schichten (22) eine Breite innerhalb eines Bereichs von 3,18 mm (0,125 Zoll) bis 6,35 mm (0,250 Zoll) und eine Dicke im Bereich von 0,051 mm (0,002 Zoll) bis 0,51 mm (0,020 Zoll) besitzt. Verfahren zum Herstellen eines Elektrokabels (20), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Vorsehen mehrerer Paare einzeln isolierter leitender Elemente (14);

Bilden wenigstens zweier dielektrischer Schichten (22), wovon jede um wenigstens ein Paar der mehreren Paare einzeln isolierter leitender Elemente ausgebildet ist, wodurch die Paare einzeln isolierter leitender Elemente voneinander getrennt werden; und

Bilden einer dielektrischen Schicht (24) zwischen den einzeln isolierten leitenden Elementen in wenigstens einem Paar der mehreren Paare einzeln isolierter leitender Elemente; und

Bilden einer dielektrischen Ummantelung (12) um die mehreren Paare einzeln isolerter leitender Elemente.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Bilden einer dielektrischen Schicht zwischen den einzeln isolierten leitenden Elementen das Ausbilden jeder dielektrischen Schicht (24) schraubenlinienförmig zwischen den einzeln isolierten leitenden Elementen in dem entsprechenden Paar einzeln isolierter leitender Elemente umfasst. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem wenigstens eine dielektrische Schicht der wenigstens zwei dielektrischen Schichten (22) eine Breite in einem Bereich von 3,18 mm (0,125 Zoll) bis 6,35 mm (0,250 Zoll) und eine Dicke im Bereich von 0,051 mm (0,002 Zoll) bis 0,51 mm (0,020 Zoll) besitzt.






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